專利名稱：鐵電存儲裝置的操作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及VDD/2模式的鐵電存儲裝置的操作方法，該存儲裝置具有多個存儲單元，每個存儲單元具有至少一個選擇晶體管、一個帶上及下電極的存儲器電容器及一個用其源-漏極區(qū)與存儲器電容器并聯(lián)的短路晶體管，該短路晶體管在一個讀或寫過程后在備用階段時被控制，及在此情況下存儲器電容器的電極被短路，在讀或寫過程中存儲單元通過配置的各個字導線及配置的、在一個預充電過程階段中預充電的各個位導線進行控制；以及涉及根據(jù)該方法操作的鐵電存儲裝置。
由DE 19 832 994(西門子公司)公知了用這類方法操作的一種鐵電存儲裝置。用該公知方法可使具有多個存儲單元的鐵電存儲器以VDD/2模式無恢復周期地工作。
在這種作為集成電路實施的非易失寫存儲器中通常存在由寄生元件引起鐵電存儲電容器的電極上的電壓差的危險。視存儲電容器電解質的極化及視電壓差的極性而定該電壓差將增強或削弱電解質的極化。
在最差的情況下，在存儲裝置讀出時會引起信息值的失誤，這相應于信號的損失。
在上述文獻所述的存儲裝置中通過短路晶體管使存儲器節(jié)點與存儲電容器的上電極板相連接，及由此補償結的漏電流。
附

圖1概要地表示一個鐵電存儲裝置的設有這種短路晶體管的公知存儲單元的截面圖。顯然，在該例的存儲單元中存儲器電容器C設置在位導線BL的下面。存儲器電容器C具有一個上板或上電極TE及一個下板或下電極BE。在存儲器電容器C的上板TE及下板BE之間具有一種鐵電解質D，例如由PZT(鈦酸鉛鋯)組成。在一個半導體、例如一個P襯底中擴散了N+導電區(qū)，在該襯底上在N+導電區(qū)之間設有字導體WL0、WL1、WL2、WL3等，它們在圖1的截面圖上與紙面垂直地延伸。在相鄰的字導線之間，即圖1中WL0及WL1；WL2及WL3之間構成N+導電區(qū)公共節(jié)點CN。
一個短路晶體管SH、例如是耗盡型的場效應晶體管位于字導線WL2下面、與電容器下電極BE相連接的存儲器節(jié)點SN及與電容器上電極TE相連接的相鄰N+區(qū)之間。在出現(xiàn)一個相應控制信號的情況下短路晶體管SH使電容器上電極TE與電容器下電極BE相連接，即它將這兩個電極短路。從總的存儲裝置來看，整個存儲器電容器C的短路可補償總的結漏電流Ijct。
圖2以信號-時間圖的形式表示在上述文獻中提出的以VDD/2方式工作的鐵電存儲裝置中使每個存儲器節(jié)點SN的結漏電流Ijct被補償?shù)姆椒ā?br> 當存儲裝置導通時所有字導線WL處于零電壓。首先在一個期間STB中，可與電容器C的TE連接或已連接的所有電容器共同的電極上跳到電壓VDD/2，例如0.9V。因為現(xiàn)在短路晶體管SH的截止電壓被選擇得相當?shù)刎摚斔写鎯ζ麟娙萜鰿的共同電極被充電到VDD/2上時，這些短路晶體管SH還導通。因此當初始階段STB所有鐵電存儲器電容器C的兩個電極被短路。在此情況下進行所述結漏電流Ijct的補償。在一個傳統(tǒng)的4-M-存儲裝置中在此情況下流過的備用電流為Istb1＝222.Ijct＋221.Ijct(1)在式(1)中第一項取決于存儲器節(jié)點SN及第二項取決于公共節(jié)點CN。
假定取256-MDRAM技術的典型值(Ijct＝20Fa)，對于備用電流則得到Istb1＝125nA。
在短路存儲器電容器C的階段STB后跟隨著一個預充電區(qū)段PRE，這時所有待響應的BL被置于0V及選擇晶體管被截止。在預充電區(qū)段PRE后進行對所選擇存儲單元的訪問，例如對圖1中所示的存儲器節(jié)點SN。由此相應的字導線WL，在圖1例中的WL1從0V被置到電源電壓V/DD或更高，則所需的鐵電存儲器電容器C與相應的位導線相連接。由此，待響應的BL通過預充電區(qū)段PRE被預充電到0V，通過鐵電電容器C將流過一個位移電流及在所選擇的鐵電存儲器電容器及所屬位導線之間實現(xiàn)電荷補償。該步驟在圖2置以區(qū)段READ表示。但在此發(fā)生前，必需使短路所選擇的鐵電存儲器電容器C用的短路晶體管的柵極被關斷。這將通過在與短路晶體管SH相應的字導線、即在圖1例中的字導線WL2上置負電位來實現(xiàn)。通過該負電位僅是所需的耗盡型場效應晶體管被關斷。亦與字導線WL2相連接的富集型場效應晶體管已在預先步驟中被備用電位關斷及通過負電位仍處于高阻。
在步驟SENSE中讀信號READ及其放大信號被估值后，使所選擇的字導線、即例如WL1再被放電到0V，這使得所選擇的存儲單元與位導線BL分斷。為了使重新產生鐵電存儲器電容器C的電極短路，通過與短路晶體管SH相應的字導體WL2放電到0V使該短路晶體管SH導通。最后字導線WL1被放電到0V，以使所選擇的存儲單元再與位導線BL分斷。圖1表示，在預充電階段PRE中除漏電流Ijct外還有一個副閾值漏電流Isth流過，但它小于結漏電流Ijct。
本發(fā)明的任務在于，給出一種方法，通過它可以減小在鐵電存儲裝置備用狀態(tài)流過的總備用電流。
根據(jù)本發(fā)明提出的方法步驟在于在一個以VDD/2方式工作的鐵電存儲器中，它已包括的借助所述短路晶體管的漏電流補償也用來補償副閾值漏電流Isth。
解決上述任務的、以VDD/2模式工作的鐵電存儲裝置的操作方法在于，該存儲裝置具有多個存儲單元，每個存儲單元具有至少一個選擇晶體管、一個帶上及下電極的存儲器電容器及一個用其源-漏極區(qū)與存儲器電容器并聯(lián)的短路晶體管，該短路晶體管在一個讀或寫過程后在備用階段時被控制，及在此情況下存儲器電容器的電極被短路，在讀或寫過程中存儲單元通過配置的各個字導線及配置的、在一個預充電過程階段中預充電的各個位導線進行控制，其特征為，備用階段在時間上與預充電階段合并，及在此情況下位導線具有與存儲器電容器的兩個電極不同的另外電位。
因為在時間變化曲線中傳統(tǒng)用于補償?shù)腟TB階段由此可被免除，除減小總的備用電流(在4-M存儲裝置上減小30％)外也提高了存儲裝置的操作速度。
原則上，根據(jù)本發(fā)明的方法也可用于其它類型的具有滯后特性曲線的存儲器。
以下將參照圖3中所示的信號時間過程圖來描述根據(jù)本發(fā)明的方法，該圖表示根據(jù)本發(fā)明的新的定時控制。根據(jù)圖3，其中鐵電存儲器電容器被短路晶體管短路的步驟STB在時間上與預充電步驟PRE合并，在此情況下，其中位導線BL具有與存儲器電容器C的上和下電極TE和BE不同的另一電位。由此可取消單獨的備用步驟STB。在一個存儲單元的控制周期中其它的時間過程可以與如以上借助圖1及2所描述的現(xiàn)有技術相同。
必需指出，實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法的鐵電存儲裝置的存儲陣列結構可與開始部分所述文獻中公開的存儲裝置相同，而僅是控制接口必需適配于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的定時。
在時間上與預充電步驟合并的STB步驟中雖然通過每個截止的選擇晶體管或矩陣晶體管流過副閾值電流Isth，但整個備用電流仍減小，因為Isth比Ijct小得多，如在一個列舉的4-M存儲裝置上可減小30％。
存取時間可減小根據(jù)圖2的STB階段的持續(xù)時間。下列等式(2)適用于通過根據(jù)本發(fā)明的方法實現(xiàn)的總備用電流Istb2＝222.Ijct＋222.Ijct(2)假定這里也取256-MDRAM技術的典型值，則得到總備用電流Istb1＝85nA。
權利要求
1.以VDD/2模式工作的鐵電存儲裝置的操作方法，該存儲裝置具有多個存儲單元，每個存儲單元具有至少一個選擇晶體管、一個帶上及下(BE，TE)電極的存儲器電容器(C)及一個用其源-漏極區(qū)與存儲器電容器并聯(lián)的短路晶體管(SH)，該短路晶體管在一個讀或寫過程后在備用階段(STB)時被控制，及在比情況下存儲器電容器(C)的電極(BE，TE)被短路，在讀或寫過程中存儲單元通過配置的各個字導線(WLO，WLI，…)及配置的、在一個預充電過程階段(PRE)中預充電的各個位導(BL)線進行控制，其特征為，備用階段(STB)在時間上與預充電階段(PRE)合并，及在此情況下位導線(BL)具有與存儲器電容器(C)的兩個電極(BE，TE)不同的另外電位。
2.根據(jù)權利要求1的鐵電存儲裝置的操作方法，其特征在于在選擇存儲單元后，所選擇的存儲單元的相應短路晶體管(SH)的控制階段通過每個短路晶體管(SH)的響應字導線(例如WL2)上的負電位來結束。
3.根據(jù)權利要求1的鐵電存儲裝置的操作方法，其特征在于為了由所選擇的存儲單元再形成鐵電存儲器電容器(C)的電極(BE，TE)的短路，使與相應短路晶體管(SH)連接的字導線(WL2)再放電到0V。
4.根據(jù)以上權利要求中一項的鐵電存儲裝置的操作方法，其特征在于所有鐵電存儲器電容器(C)的上電極與或可與一個公共的電極導線連接相連接。
5.根據(jù)以上權利要求中一項的鐵電存儲裝置的操作方法，其特征在于短路晶體管(SH)的源極及漏極可各與一個公共電極相連接。
6.具有滯后特性的存儲裝置，尤其是鐵電存儲裝置，它們被設置來使用根據(jù)權利要求1至5中的一項的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及以V
文檔編號H01L21/8246GK1332458SQ0111787
公開日2002年1月23日 申請日期2001年4月4日 優(yōu)先權日2000年4月4日
發(fā)明者H·赫尼格施米德, T·雷爾 申請人:因芬尼昂技術股份公司